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1、本科毕业设计（论文）基于人脸识别的疲劳驾车检测系统的研究 本科毕业设计（论文）基于人脸识别的疲劳驾车检测系统的研究学院（系）：电气工程学院 专 业：测控技术与仪器 学生 姓名： 学 号： 指导 教师： 答辩 日期： 摘要摘要近些年由于人们的生活节奏快，工作压力大，因疲劳问题而引起的事故时有发生，疲劳驾驶而酿成的惨剧更是使我们警钟长鸣。为了解决这个问题，本次毕业设计着重讨论一种基于ASM模型的人脸识别算法和一种疲劳驾驶的面部特征判定标准。本文的主要内容是：首先，简要介绍此次研究的课题意义，再介绍人脸识别和疲劳检测的一些相关的背景知识，由于此次课题是疲劳驾驶的检测，所以介绍的重点是关于疲劳驾驶的检
2、测研究。其次，讨论疲劳的判定方法，这一部分主要是对疲劳特征的选择研究，涉及到人眼睛和嘴的形状的疲劳特征分析，然后进行疲劳分析的综合。然后，详细介绍ASM模型的定义，在这一部分中还介绍了ASM的算法、区域收敛方法以及判定收敛的依据，另外，在这部分中将给出算法实现步骤的流程图。再后，主要内容是图像处理与识别，其中包括图像的预处理和手工描点方法所需要确定的参量，以及如何用matlab程序得到这些参量。程序的流程图也在这一章展示。关键词人脸识别；疲劳检测；疲劳特征；动态形状模型 AbstractRecently as the fast pace of life and heavy work press
3、ure, accidents caused by fatigue happened frequently. Traffic accident disaster is causing the bells to ring. To solve this problem, the graduation project focused on a face recognition algorithm based on ASM model and a facial features determination standards of fatiguedriving. The main contents ar
4、e:First, there is a brief introduction of the research, the relevant background knowledge of face recognition and fatigue testing will be given later. as it is the detection of fatiguedriving that we are taking care of, we will mainly focus on the it.Secondly, we will learn the judging methods of fa
5、tigue, the part choice of the fatigue characteristics is studied here, the fatigue characteristics of eyes and mouth is analyzed, then we will comprehensively analysis them.Then, the principle and method of ASM person face recognition technology is studied. Inthis section, we will describe the ASM a
6、lgorithm, the covergence method and the basis of determining convergence.The flow chart of algorithm will also be given flow chart in this part.Finally, we will show picture pre-treatment methodsand picture recognition, this part includes the image pre-processing, the needed parameters and how to us
7、e thematlabprogram to get the parameters. The idea and flow chart of the main program will be given. KeywordsFace Recognition; Fatigue Detection; Fatigue Characteristics; Active Shape modelsII目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景和意义11.2 研究现状31.3 本文主要研究内容6第2章 疲劳分析和疲劳检测82.1 疲劳驾驶特征综述82.2 具体特征分析92.2.1 疲劳驾驶眼部特
8、征分析92.2.2 疲劳驾驶嘴的特征分析102.2.3 原始数据的获取122.3 眼睛和嘴特征的综合分析132.4 本章小结14第3章 ASM人脸识别算法153.1 ASM模型的定义153.2 ASM人脸识别的优势153.2.1 ASM搜索算法的特点153.2.2 几种识别方式对比分析163.3 ASM的模型建立173.4 ASM模型的搜索算法193.5 流程设计思路223.6 本章小结23第4章 图像处理和识别244.1 图像预处理的必要性244.2 常用光照预处理技术244.2.1 基于直方图的预处理方法254.2.2 线性变换254.2.3 对数变换264.2.4 指数变换274.2.5
9、 光照预处理方法选择274.3 图片选取策略284.4 图像手工描点的实现284.4.1 要确定的要素分析284.4.2 要素值的确定方法294.5 选点策略334.6 程序流程图334.7 收敛过程和识别结果344.8 本章小结35结论36参考文献37 IV第1章 绪论第1章 绪论1.1 课题背景和意义驾驶疲劳是指驾驶员由于睡眠不足或长时间持续驾驶造成的反应能力下降，这种下降表现在驾驶员困倦、打瞌睡、驾驶操作失误或完全丧失驾驶能力。驾驶疲劳反映在生理与心理两个方面，生理反映包括神经系统的功能、血液和眼睛的变化；心理反映包括反应时延长、注意力分散、动作不协调。美国印第安那大学对交通事故原因的调
10、查研究发现85的事故与驾驶员有关，车辆和环境因素只占151。驾驶员在事故发生前一瞬间的行为和故障直接导致了事故的发生，这些行为包括知觉的延迟、对环境的决策错误、对危险情况的处理不当等。在所有的驾驶员错误中，最常见的是知觉延迟和决策错误，这些错误会产生注意力不集中、反映迟钝、操作不当等，产生这些错误的根本原因就是驾驶疲劳。由于司机疲劳驾驶导致警惕性水平的下降，从而造成交通事故的增长，这已成为了社会普遍关注的一个热点。如果司机疲劳驾驶，那么他的观察、识别和车辆控制能力都会显著下降，严重威胁自身的安全和其他人的生命。随着交通运输业的发展，交通事故已成为当前各国所面临的严重问题。据世界卫生组织统计，全
11、世界每年有120多万人死于交通事故，数百万人受伤或致残。全球每年交通事故造成的经济损失高达5180亿美元，其中发展中国家占1000亿美元2。近年来，我国恶性道路交通事故呈上升趋势。我国交通事故死亡人数己连续10多年居世界第一。我国因车祸丧生的人数，十几年间己从每年5万多人增长到10多万人，是交通事故死亡人数居世界第二位国家的两倍。其中，驾驶员疲劳造成交通事故的占总数的20左右，大约占特大交通事故的403以上。所以进行疲劳检测技术的研究是十分必要的，且有其深远的意义。同样，在国外情况也差不多。美国国家公路交通安全管理局也就是所谓的NHTSA(NmionMHighway Traffic Safet
12、y Administration，NHTSA) 4最近几年的调查显示：每年平均有56000起车祸与疲劳驾驶相关5，造成76000人受伤，1544人死亡(占交通事故死亡总人数的3.7)，调查还显示有27的受访者表示有过开车打磕睡的经历。2004年美国国家交通安全委员会NTSB(The National Transportation Safety Board，NTSB)检查了107起由驾驶员造成的卡车交通事故，表明有58%的交通事故与驾驶员疲劳驾驶有关。美国汽车联合会 (American Automobile Association)的交通安全部初步估计41%59%的重型卡车交通事故与疲劳驾驶有关
13、。英国交通研究实验室认为驾驶疲劳导致的路面交通事故大约占全部交驾驶员通事故率的10%。法国国家警察总署事故报告表明，因疲劳瞌睡而发生的车祸，占人身伤害事故的14.9，占死亡事故的20.6。德国保险公司协会估计，在德国境内的高速公路上，大约25导致人员伤亡的交通事故都是由疲劳驾驶引发。澳大利亚联邦议会统计：在2000年，司机疲劳驾驶造成的交通事故占所有交通事故的20%到30%；专家认为这只是保守统计，实际所占的比例可能更大。日本的事故统计揭示，因疲劳产生的事故约占1.0%1.5%6。 近期关于疲劳特征，疲劳后的主要现有7： 反应时间显著增长，注意力分散，判断能力下降，主动性降低，注意力分配不均衡
14、且转移速度降低，经常丢失重要的信息；感觉器官的功能减退或紊乱，如视觉模糊、听力下降、判断迟缓；驾驶动作不灵活，操作能力下降，节律失调；记忆和思考能力下降，判断失误增多；驾驶员的信心、决心、耐性和自我控制能力减退，缺乏坚持不懈的精神，易于激动、急躁和开快车；过度疲劳会使驾驶员在行车途中产生困倦，甚至打瞌睡。驾驶疲劳导致事故的形成过程通常是：大脑供氧不足叶中枢神经疲劳感觉下降、知觉迟钝肌肉收缩的调节机能恶化感觉刺激中断认识迟缓、判断失误、操作失误、打瞌睡等交通事故。可见，疲劳驾驶会引起大量的交通事故。如果建立一套疲劳检测系统能够切实有效的工作，必定可以大大减少由疲劳驾驶所引起的交通事故，不但能减少人员伤亡，而且能避免因此产生的经济损失。疲劳是有其可以识别的特征的。由于司机驾驶疲劳会产生神经系统功能、循环机能、血液、眼睛、呼吸机能、体温等生理变化，这些变化通过驾驶员的自觉症状和他觉症状反映出来。所以可以通过衡量方向盘的微调，脑波，心率，头手的位移，眼睑的闭合程度或眨动速率等一些有特异性和可量化的指标，通过大量实验确定驾驶疲劳的评价标准，以量化的阈值加以表示，来判断驾驶员是否已经疲劳。 可见，疲劳驾驶会引起大量的交通事故。如果建立一套疲劳检测系统能够切实有效的工作，必
